Определение мощности электродвигателя и кинематический

Федеральное агентство по образованию
Томский государственный архитектурно-строительный университет
ОПРЕДЕЛЕНИЕ МОЩНОСТИ
ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ И КИНЕМАТИЧЕСКИЙ
РАСЧЕТ ПРИВОДА
Методические указания
к практическим занятиям
Составители Н.В. Гончаров,
Ф.Ф.Кириллов,
А.Н. Щипунов
Томск 2008
Определение мощности электродвигателя и кинематический
расчет привода: методические указания / Сост. Н.В. Гончаров, Ф.Ф.
Кириллов, А.Н. Щипунов.  Томск: Изд-во Том. гос. архит.-строит.
ун-та, 2008.  11 с.
Рецензент к.т.н. П.А. Иванников
Редактор Е.Ю. Глотова
Методические указания к практическим занятиям по дисциплинам СД.Ф.9 «Строительные машины» для студентов специальности
270102 «Промышленное и гражданское строительство», СД.Ф.8
«Технология и организация в городском строительстве и хозяйстве»
для студентов специальности 270105 «Городское строительство и
хозяйство» и СД.Ф.11 «Строительные машины и оборудование» для
студентов специальности 080502 «Экономика и управление на предприятии (по отраслям)» всех форм обучения.
Печатаются по решению методического семинара кафедры строительных и дорожных машин. Протокол № 1 от 11.01.2008 г.
Утверждены и введены в действие проректором по учебной работе В.В. Дзюбо
с 01.11.2008
до 01.11.2013
Оригинал-макет подготовлен авторами
Подписано в печать
Формат 60x90/16.Бумага офсет. Гарнитура Таймс.
Уч. - изд. л. 0,6. Тираж 100 экз. Заказ №
Изд-во ТГАСУ, 634003, г. Томск, пл. Соляная, 2.
Отпечатано с оригинал-макета в ООП ТГАСУ.
634003, г. Томск, ул. Партизанская, 15.
2
1. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ
Цель работы – закрепить материал по разделу, включающему в себя приводы и трансмиссии строительных машин.
Задание: по заданной кинематической привода и исходным данным определить коэффициент полезного действия
(кпд) привода, частоту вращения вала электродвигателя, потребную мощность электродвигателя, общее передаточное число привода и передаточные числа передач, входящих в состав
привода; подобрать приводной электродвигатель, определить
параметры механических передач.
Исходные данные для расчета принимаются согласно варианту задания, рис. 1 и табл. 1.
а)
б)
М
г)
в)
М
М
М
Рис.1. Схемы приводов строительных машин:
а – конвейера; б – дробилки с плоскоременной передачей;
в – бетононасоса; г – дробилки с клиноременной передачей
3
Таблица 1
Исходные данные
№ Схема
варипо
анта рис. 1
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
4
а
а
а
а
а
а
а
б
б
б
б
б
б
б
в
в
в
в
в
в
в
г
г
г
г
г
г
г
г
Тип передачи
Плоскоременная и
цилиндрическая
прямозубая
Плоскоременная и
коническая
прямозубая
Клиноременная и
цилиндрическая
прямозубая
Клиноременная и
коническая
прямозубая
Мощность Частота врана выходном щения вывалу
ходного вала
Nв, кВт
nв, мин–1
5,0
5,5
6,0
6,5
7,0
7,5
8,0
9,0
9,5
10,0
11,0
11,5
12,0
12,5
13,5
14,0
14,5
15,5
14,5
14,0
13,5
9,5
12,0
11,5
12,5
11,0
10,5
10,0
14,0
150
145
140
125
130
125
120
110
105
110
115
120
125
130
140
145
150
145
140
135
130
120
115
120
110
105
135
130
140
30
г
13,0
145
2. МЕТОДИКА РАСЧЕТА
2.1. Потребная мощность электродвигателя, кВт,
N
N дв  в ,
ηобщ
(1)
где Nв – мощность на выходном валу, кВт, общ – общий коэффициент полезного действия (кпд) привода:
ηобщ  η1  η2    ηi  ηkоп ,
(2)
где 1, 2, i – кпд отдельных передач, определяются по табл. 2;
k
ηоп
– кпд, учитывающий потери в подшипниках; k – число валов
или число пар подшипников, определяется по рис. 1.
Таблица 2
Ориентировочные значения кпд в элементах электропривода
Элемент электропривода
Ступень зубчатого закрытого редуктора
цилиндрического
конического
Открытая зубчатая передача
цилиндрическая
коническая
Ременная передача
плоскоременная
клиноременная
Подшипники качения (одна пара)
Муфта

0,96 ... 0,98
0,95 ... 0,97
0,92 ... 0,94
0,91 ... 0,93
0,95 ... 0,97
0,94 ... 0,96
0,990 ... 0,995
0,965 ... 0,995
2.2. Частота вращения вала электродвигателя, мин–1,
nдв = nв · i1 · i2 ·... · ii ,
где nв – частота вращения выходного вала, мин–1; i1, i2, ii – передаточные числа отдельных передач, рекомендуемые значения
приведены в табл. 3.
5
Таблица 3
Передаточные числа отдельных передач
Тип передачи
Зубчатая в редукторе
Открытая зубчатая
Цилиндрическая
Коническая
Ременная
i
3 ... 6
3 ... 6
4 ... 6
3 ... 4
2 ... 4
2.3. На основании расчетных данных, пользуясь табл. 4,
подбираем электродвигатель мощностью No и частотой вращения
ротора no, значения которых являются ближайшими к расчетным
Nдв и nдв.. При подборе электродвигателя допускается перегрузка
(т. е. занижение мощности) не более чем на 5 ... 6 % при постоянной и 10 ... 12 % при переменной нагрузках.
В обозначении марки электродвигателя указывается (на
примере электродвигателя 132M2/2900): расстояние от опорной
поверхности до оси ротора в мм (132), класс защиты (М), число
пар полюсов (2), действительная (асинхронная) частота вращения
ротора в мин-1 (2900), которая принимается в расчетах.
2.4. Уточняется общее передаточное число привода после
подбора электродвигателя:
n
iобщ  о .
(3)
nв
Полученное передаточное число распределяется между
типами передач в соответствии с табл. 3.
Если в кинематической схеме привода кроме зубчатых
передач имеется ременная, то в первую очередь определяют ее
передаточное число, чтобы обеспечить соразмерность деталей
таких передач с остальными деталями привода.
6
Таблица 4
Типы закрытых обдуваемых асинхронных электродвигателей
единой серии УА
Мощность,
Синхронная частота вращения ротора, мин–1
кВт
3000
1500
1000
750
0,25
–
–
–
71В8/680
0,55
–
–
71B6/980
80A8/675
0,75
71А2/2840
71A4/1390
71B6/900
80B8/700
1,1
71В2/2310
80A4/1420
80B6/920
90LB/700
1,5
80А2/2850
80B4/1415
90L6/935
5,5
100LB/700
80В2/2850 90L4/1425
100L6/950 112MAB/70
0
90L2/2840 100S4/1435 112MA6/95 112MB8/720
0
100L2/2880 100L4/1430 112MB6/95 132S8/720
0
100L2/2880 112M4/1445 132S6/965 132M8/720
7,5
112M2/2900 132S4/1455
160S6/975
160M8/730
11,0
132M2/2900 160S4/1460
132M6/970
160S8/730
15,0
160S2/2945
160M6/975
180M8/730
18,5
160M2/2940 160M4/1475
–
–
22
180S2/2945
180S4/1470
–
–
30
180M2/2945 180M4/1470
–
–
2,2
3,0
4,0
160S4/1470
2.5. Диаметр меньшего шкива плоскоременной передачи, мм,
N
(4)
D1  1100 1300  3 о .
nо
2.6. Диаметр большего шкива, мм,
D2 = D1 · i 1 (1– ) ,
(5)
7
где  – коэффициент, учитывающий относительное скольжение
ремня (для текстильных и прорезиненных ремней принимается
равным 0,01).
2.7. Полученные значения D1 и D2 округляют согласно рекомендованному ряду диаметров, мм: 50; 63; 80; 90; 100; 112;
125; 140; 160; 180; 200; 225; 250; 280; 320; 360; 400; 450; 500;
560; 630; 710; 800; 900; 1000; 1120; 1250.
2.8. При выборе диаметра D1 меньшего шкива клиноременной передачи предварительно определяют номинальный
крутящий момент ведущего вала, Н·м
N 
(6)
М н  9550 о  .
 nо 
По моменту Мн выбирают диаметр D 1 меньшего шкива из
ряда, приведенного в табл. 5.
Таблица 5
Диаметр шкива клиноременной передачи
Мн, Н·м 15
D 1, мм 63
15...60
90
50...160
125
120...600 450...240 1600...6000
200
315
500
Диаметр D2 рассчитывается по формуле 5 и выбирается в
соответствии с п. 2.7.
При выборе диаметров из числа стандартных следует учитывать, что при меньших диаметрах уменьшаются габариты
передачи, но увеличивается число ремней.
2.9. На основании принятых диаметров D1 и D2 уточняют
передаточное число ременной передачи по формуле
D2
iр 
.
(7)
D1 (1  ε )
8
2.10. Передаточное число зубчатой передачи iз принимается из следующего стандартного ряда чисел: 1,25; 1,4; 1,6; 1,8;
2,0; 2,24; 2,5; 2,8; 3,15; 3,55; 4,0; 4,5; 5,0; 5,6; 6,3 . Для этого
первоначально уточняют необходимое передаточное число зубчатой передачи:
i
iз  общ ,
(8)
iр
где iр – передаточное число, рассчитанное по формуле 7.
2.11. Уточняется общее передаточное число привода:
ф
iобщ
 iр  iз ,
(9)
где iр – передаточное число ременной передачи, рассчитанное
по формуле 7; iз – передаточное число зубчатой передачи, выбранное из стандартного ряда чисел (п. 2.10).
2.12. На основании выполненных расчетов и принятого
электродвигателя определяем частоту вращения n, мин–1 и
мощность N, кВт, а также крутящий момент Mкр, Н  м на всех
валах привода.
Для расчетов использовать следующие выражения.
На входном валу первой передачи:
N 1вх  N о ;
(10)
n1вх  nо ;
N вх
вх
M кр1
 1вх ;
ω1
(11)
(12)
π  n1вх
,
(13)
30
где Nо, nо – соответственно мощность, кВт, и частота вращения,
мин–1, на валу приводного электродвигателя; ω1вх – угловая
скорость на входном валу передачи, с–1.
ω1вх 
9
На выходном валу первой передачи:
N1вых  N1вх  η1  η оп ;
n1вх
вых
;
n1 
i1
(14)
вых
вх
M кр
1  M кр1  i1  η1  η оп .
(16)
(15)
Аналогично ведется расчет для второй передачи. При этом
учитывается, что параметры на выходном валу первой передачи
являются параметрами на входном валу второй передачи.
Так как привод состоит из двух передач, то выходной вал
второй передачи является выходным валом всего привода с
соответствующими параметрами.
3. ОФОРМЛЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ РАСЧЕТОВ
По завершении расчетов результаты вычислений оформляются в следующем виде:
Потребная мощность электродвигателя – кВт;
Марка выбранного электродвигателя –
;
Мощность выбранного электродвигателя –
, кВт;
Частота вращения вала электродвигателя –
мин–1;
Общее передаточное число привода –
;
Передаточные числа:
ременной передачи –
;
зубчатой передачи –
;
Частота вращения выходного вала:
ременной передачи –
, мин–1;
зубчатой передачи –
, мин–1;
Мощность на выходном валу:
ременной передачи –
, кВт;
зубчатой передачи –
, кВт;
Крутящий момент на выходном валу:
ременной передачи –
, Н·м;
зубчатой передачи –
, Н·м.
10
4. КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
1. Назначение и конструкция механических передач.
2. Назначение и конструкции ременных передач.
3. Назначение и особенности конструкции цилиндрических зубчатых передач.
4. Назначение и особенности конструкции конических
зубчатых передач.
5. Передаточное число механической передачи.
6. Коэффициент полезного действия механической передачи.
7. Порядок подбора приводного электродвигателя.
8. Определение общего передаточного числа привода.
9. Определение кпд привода.
10. Определение крутящего момента на валу передачи.
11. Определение параметров ременной передачи.
12. Определение параметров зубчатой передачи.
13. Основные характеристики механических передач.
14. Определение передаточного отношения при расчете
привода, состоящего из ременной и зубчатой передач.
15. Определение коэффициента полезного действия при
расчете привода, состоящего из ременной и зубчатой передач.
СПИСОК РЕКОМЕНДУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ
1. Иванов, М.Н. Детали машин / М.Н. Иванов. – М.: Высшая школа, 2005. – 336 с.
2. Волков, Д.П. Строительные машины и средства малой
механизации / Д.П. Волков, В.Я. Крикун. – М.: Академия, 2002.
– 480 с.
3. Добронравов, С.С. Строительные машины и оборудование: справочник для строит. спец. вузов / С.С. Добронравов,
М.С. Добронравов – М.: Высш. шк., 2006. – 445с.
11